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JP2017523263A - アシルモルホリンを含有するポリマー分散液 - Google Patents

アシルモルホリンを含有するポリマー分散液 Download PDF

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JP2017523263A JP2016572387A JP2016572387A JP2017523263A JP 2017523263 A JP2017523263 A JP 2017523263A JP 2016572387 A JP2016572387 A JP 2016572387A JP 2016572387 A JP2016572387 A JP 2016572387A JP 2017523263 A JP2017523263 A JP 2017523263A
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Abstract

本発明は、ポリマー分散液の製造方法において使用するための溶媒としてのN−アシルモルホリンに関する。

Description

本発明は、溶媒として少なくとも1種のN−アシルモルホリンを含有する水性ポリマー分散液に関する。
本発明はさらに、溶媒として少なくとも1種のN−アシルモルホリンを使用して、水性ポリマー分散液、特にポリウレタン分散液を製造する方法に関する。
本発明はさらに、水性ポリマー分散液を製造するための溶媒としてのN−アシルモルホリンの使用に関する。
ポリマー分散液は、多くの技術分野において使用されている。ポリマー分散液は広範に使用されており、例えば表面コーティングに使用されている。
ポリウレタン分散液は、工業的にはいわゆる「プレポリマー混合法」により製造されることが多い。この方法では、ポリウレタンをまず有機溶媒中で、多くの場合N−メチルピロリドン中で製造し、そうして得られたポリウレタン溶液を次いで水に分散させる。それから、このポリウレタンが水に分散する間および/または後に、鎖延長によってこのポリウレタンのモル質量をさらに増加させることができる。
使用される溶媒の沸点に応じて、この溶媒は、蒸留による分離除去の際にも多少なりとも多くの割合が分散液中に残留して、ポリウレタン分散液の特性に影響を及ぼす。
すべての溶媒が、毒物学的に懸念がないわけではないため、使用される溶媒はできる限り毒性を示さないものであることが望ましい。国際公開第2005/090430号(WO 2005/090430 A1)は、この目的のために、2個から6個までのC原子を有する(シクロ)アルキル基を有するN−(シクロ)アルキルピロリドンを使用することを教示している。国際公開第10/142617号(WO 10/142617 A1)には、適した溶媒としての置換N−(シクロ)アルキルピロリドンが記載されている。しかし、毒物学的に懸念がなくかつ好ましい使用特性を示すポリウレタン分散液がさらに求められている。
本発明の課題は、毒物学的に懸念がなくかつ好ましい使用特性を示すポリマー分散液、特にポリウレタン分散液を提供することであった。
本発明による前述の課題は、式(I)
Figure 2017523263
[式中、
は、Hであるか、または1個から18個までのC原子を有するアルキル基であり、かつ、
、R、RおよびRは、それぞれ互いに独立して、Hであるか、または1個から18個までのC原子を有する(シクロ)アルキル基である]
のN−アシルモルホリンを少なくとも1種含有する水性ポリマー分散液、特にポリウレタン分散液により解決される。
好ましい基Rは、H、メチルおよびエチルであり、特に好ましくは、Hまたはメチルである。
本発明により特に適した置換N−アシルモルホリンは、0個から5個までの炭素原子、好ましくは0個から3個までの炭素原子、特に好ましくは0個から2個までの炭素原子、殊に0個から1個までの炭素原子を含む、脂肪族の(開鎖状の)、脂環式の(脂環状の、環状の)、好ましくは開鎖状の分枝鎖状または非分枝鎖状の基Rを有するものである。
「1個から18個までのC原子を有する(シクロ)アルキル基」とは、本明細書の範囲においては、1個から18個までの炭素原子を有する脂肪族の開鎖状の分枝鎖状または非分枝鎖状の炭化水素基であるか、または3個から18個までの炭素原子を有する脂環式炭化水素基であると理解される。
適したシクロアルキル基の例は、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロオクチルまたはシクロドデシルである。
適したアルキル基の例は、メチル、エチル、イソプロピル、n−プロピル、n−ブチル、イソブチル、s−ブチル、t−ブチルおよびn−ヘキシルである。
好ましい基は、シクロヘキシル、メチル、エチル、イソプロピル、n−プロピル、n−ブチル、イソブチル、s−ブチルおよびt−ブチルであり、特に好ましいのは、メチル、エチルおよびn−ブチルであり、極めて特に好ましいのは、メチルまたはエチルである。
好ましい基R、R、RおよびRは、水素、メチル、エチル、イソプロピルおよびシクロヘキシルであり、特に好ましいのは、水素、メチル、エチルおよびイソプロピルであり、極めて特に好ましいのは、水素、メチルおよびエチルであり、殊に、水素およびメチルである。
式(I)の好ましい化合物は、N−ホルミルモルホリン、N−アセチルモルホリンおよびN−プロピオニルモルホリンであり、特に好ましいのは、N−ホルミルモルホリンおよびN−アセチルモルホリンである。
好ましい一実施形態において、N−アシルモルホリン(I)は、ホルミルモルホリンである。好ましい一実施形態において、N−アシルモルホリン(I)は、N−アセチルモルホリンである。混合物が使用される場合には、該混合物は、4種までの異なる置換N−アシルモルホリンの混合物であり、好ましくは3種までの異なる置換N−アシルモルホリンの混合物であり、特に好ましくは2種の異なる置換N−アシルモルホリンの混合物である。
最後に記載したケースでは、双方のN−アシルモルホリンは、通常は、10:1から1:10までの、好ましくは5:1から1:5までの、特に好ましくは3:1から1:3までの、極めて特に好ましくは2:1から1:2までの質量比で存在する。
好ましい一実施形態において、本発明によるポリマー分散液、特にポリウレタン分散液は、N−ホルミルモルホリンとN−アセチルモルホリンとを、10:1から1:10までの、好ましくは5:1から1:5までの、特に好ましくは3:1から1:3までの、極めて特に好ましくは2:1から1:2までの質量比で含有する。
ポリマー、特にポリウレタンを基準とするN−アシルモルホリンの量は、通常は0.01質量%〜100質量%であり、好ましくは1質量%〜100質量%である。
当然のことながら、本発明により使用されるN−アシルモルホリンは、単独で使用されてもよいし、互いに混合して使用されてもよいし、他の適した1種以上の溶媒と混合して使用されてもよい。
適した溶媒の例は、例えば、開鎖状の、または好ましくは環状の、カーボネート、ラクトン、ジ(シクロ)アルキルジプロピレングリコールエーテルおよびN−(シクロ)アルキルカプロラクタムである。
カーボネートは、例えば欧州特許出願公開第697424号公報(EP 697424 A1)、特にその第4頁の第4行から第29行までに記載されており、ここに本明細書の一部を構成するものとして該特許出願公開公報の内容を援用する。好ましくは、1,2−エチレンカーボネート、1,2−プロピレンカーボネートおよび1,3−プロピレンカーボネートが挙げられ、特に好ましくは、1,2−エチレンカーボネートおよび1,2−プロピレンカーボネートが挙げられる。
ラクトンとしては、好ましくは、β−プロピオラクトン、γ−ブチロラクトン、ε−カプロラクトンおよびε−メチルカプロラクトンが挙げられる。
ジ(シクロ)アルキルジプロピレングリコールエーテルは、例えば、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールジ−n−プロピルエーテルおよびジプロピレングリコールジ−n−ブチルエーテルであり、好ましくは、ジプロピレングリコールジメチルエーテルである。
ジ(シクロ)アルキルジプロピレングリコールエーテル、特にジプロピレングリコールジメチルエーテルは、通常は、位置異性体とジアステレオマーとの混合物である。異性体混合物の厳密な組成は、本発明にとって重要ではない。通常は、主要な異性体は
R−OCHCH(CH)OCHCH(CH)OR
であり、ここで、Rは、(シクロ)アルキル基である。
ジプロピレングリコールジメチルエーテルは、この種の異性体混合物として商業的に入手可能であり、通常はCAS番号111109−77−4で示される。ジプロピレングリコールジメチルエーテルは、大抵は99質量%を上回る高純度で商業的に入手可能であり、例えば、米国48674ミシガン州ミッドランド市所在、The Dow Chemical Company社より商品名Proglyde(登録商標)DMMで入手可能であり、またドイツ連邦共和国ズルツバッハ・アム・タウヌス65840所在、Clariant GmbH社より入手可能である。
N−(シクロ)アルキルカプロラクタムは、1個から6個までの炭素原子、好ましくは1個から5個までの炭素原子、特に好ましくは1個から4個までの炭素原子、特に1個から3個までの炭素原子、殊に1個または2個の炭素原子を含む、脂肪族の(開鎖状の)または脂環式の(脂環状の、環状の)、好ましくは開鎖状の分枝鎖状または非分枝鎖状の炭化水素基を有するものである。
使用可能なN−(シクロ)アルキルカプロラクタムは、例えば、N−メチルカプロラクタム、N−エチルカプロラクタム、N−n−プロピルカプロラクタム、N−イソプロピルカプロラクタム、N−n−ブチルカプロラクタム、N−イソブチルカプロラクタム、N−s−ブチルカプロラクタム、N−t−ブチルカプロラクタム、N−シクロペンチルカプロラクタムまたはN−シクロヘキシルカプロラクタムであり、好ましくは、N−メチルカプロラクタムまたはN−エチルカプロラクタムである。
好ましくは、本発明による水性ポリマー分散液は、水性ポリウレタン分散液である。
本発明による水性ポリマー分散液はさらに、少なくとも1種のポリマーを含有する。通常は、本発明による水性ポリマー分散液は、該分散液を基準として10質量%から75質量%までのポリマーを含有する。適したポリマー分散液は、当業者にはそれ自体知られている。
本発明による水性ポリマー分散液は、通常は、該分散液を基準として90質量%から25質量%までの水を含有し、その際、ポリマー、N−アシルモルホリン、それ以外の添加物質および水の割合の合計は、100質量%である。
本発明による水性ポリウレタン分散液はさらに、少なくとも1種のポリウレタンを含有する。通常は、本発明による水性ポリウレタン分散液は、該分散液を基準として10質量%から75質量%までのポリウレタンを含有する。適したポリウレタン分散液は、当業者にそれ自体知られている。好ましい一実施形態において、本発明によるポリウレタン分散液は、プレポリマー混合法によって製造されたポリウレタンを含有し、特に、ポリウレタン分散液を製造するための下記の本発明による方法により記載されるようなポリウレタンを含有する。
本発明による水性ポリウレタン分散液は、通常は、該分散液を基準として90質量%から25質量%までの水を含有する。
一実施形態において、例えばそのレベリング挙動および乾燥挙動に好ましい影響を与えるべく、N−アシルモルホリンを、完成ポリマー分散液に、特に完成ポリウレタン分散液に添加することもでき、つまり、ポリマーの、特にポリウレタンの分散後に添加することもできる。しかし、分散前にN−アシルモルホリンを添加することが好ましい。
本発明のもう1つの対象は、ポリウレタン分散液の製造方法であり、その際、前記水性ポリウレタン分散液を以下のように製造する:
I.以下:
(a)4個から30個までのC原子を有する少なくとも1種の多価イソシアネート、
(b)ジオールであって、そのうち、
(b1)該ジオール(b)の全量を基準として10モル%から100モル%までが、500g/モルから5000g/モルまでの分子量を有し、かつ
(b2)該ジオール(b)の全量を基準として0モル%から90モル%までが、60g/モルから500g/モルまでの分子量を有するものとする、前記ジオール、
(c)任意に、前記ジオール(b)とは異なるさらなる多価化合物であって、アルコール性ヒドロキシル基であるかまたは第1級アミノ基もしくは第2級アミノ基である反応性基を有する、前記多価化合物、および
(d)前記モノマー(a)、(b)および(c)とは異なるモノマーであって、少なくとも1個のイソシアネート基かまたはイソシアネート基に対して反応性の基を少なくとも1個有するとともにさらに、親水性基かまたは潜在的に親水性である基を少なくとも1個有するモノマーであって、該モノマーにより前記ポリウレタンの水分散性が生じるものとする、前記モノマー
を、式(I)のN−アシルモルホリンの存在下で反応させてポリウレタンとすることによってポリウレタンを製造し、かつ、
II.続いて、前記ポリウレタンを水に分散させ、
III.その際、ステップIIの後かまたは間に、任意にポリアミンを添加することができる。
(a)におけるモノマーとしては、一般にポリウレタン化学において用いられるポリイソシアネートが考慮され、例えば、少なくとも1.8、好ましくは1.8から5まで、特に好ましくは2から4までのNCO官能価を有する、脂肪族、芳香族および脂環式のジイソシアネートおよびポリイソシアネートが考慮され、その際、脂肪族炭化水素基は、例えば4個から12個までの炭素原子を有し、脂環式または芳香族の炭化水素基は、例えば6個から15個までの炭素原子を有し、芳香族基で置換された脂肪族基(araliphatic;アラリファティック)な炭化水素基は、例えば7個から15個までの炭素原子を有するものとし、さらには、そのイソシアヌレート、ビウレット、アロファネートおよびウレトジオンが考慮される。
ジイソシアネートは、好ましくは、4個から20個までのC原子を有するイソシアネートである。慣用のジイソシアネートの例は、脂肪族ジイソシアネート、例えば、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(1,6−ジイソシアナトヘキサン)、オクタメチレンジイソシアネート、デカメチレンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシアネート、テトラデカメチレンジイソシアネート、リシンジイソシアネートのエステル、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、トリメチルヘキサンジイソシアネート、またはテトラメチルヘキサンジイソシアネート、脂環式ジイソシアネート、例えば、1,4−、1,3−もしくは1,2−ジイソシアナトシクロヘキサン、4,4’−もしくは2,4’−ジ(イソシアナトシクロヘキシル)メタンのトランス/トランス異性体、シス/シス異性体およびシス/トランス異性体、1−イソシアナト−3,3,5−トリメチル−5−(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(イソホロンジイソシアネート)、2,2−ビス−(4−イソシアナトシクロヘキシル)−プロパン、1,3−もしくは1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、または2,4−もしくは2,6−ジイソシアナト−1−メチルシクロヘキサン、ならびに芳香族ジイソシアネート、例えば、2,4−もしくは2,6−トルイレンジイソシアネートおよびその異性体混合物、m−もしくはp−キシリレンジイソシアネート、2,4’−もしくは4,4’−ジイソシアナトジフェニルメタンおよびその異性体混合物、1,3−もしくは1,4−フェニレンジイソシアネート、1−クロロ−2,4−フェニレンジイソシアネート、1,5−ナフチレンジイソシアネート、ジフェニレン−4,4’−ジイソシアネート、4,4’−ジイソシアナト−3,3’−ジメチルジフェニル、3−メチルジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート、1,4−ジイソシアナトベンゼン、またはジフェニルエーテル−4,4’−ジイソシアネートである。
上述のジイソシアネートの混合物も存在しうる。
好ましいのは、脂肪族および脂環式のジイソシアネートであり、特に好ましいのは、イソホロンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、m−テトラメチルキシリレンジイソシアネート(m−TMXDI)、および1,1−メチレンビス−[4−イソシアナト]シクロヘキサン(H12MDI)である。
ポリイソシアネートとしては、イソシアヌレート基含有ポリイソシアネート、ウレトジオンジイソシアネート、ビウレット基含有ポリイソシアネート、ウレタン基もしくはアロファネート基含有ポリイソシアネート、オキサジアジントリオン基含有ポリイソシアネート、直鎖状もしくは分枝鎖状のC〜C20−アルキレンジイソシアネートのウレトンイミン変性ポリイソシアネート、合計で6個から20個までのC原子を有する脂環式ジイソシアネート、または合計で8個から20個までのC原子を有する芳香族ジイソシアネート、またはその混合物が考慮される。
使用可能なジイソシアネートおよびポリイソシアネートは、好ましくは、該ジイソシアネートおよびポリイソシアネート(混合物)を基準として、10質量%から60質量%までの、好ましくは15質量%から60質量%までの、特に好ましくは20質量%から55質量%までのイソシアネート基含有率(NCO、分子量=42g/モルとして算出)を有する。
好ましいのは、脂肪族あるいは脂環式のジイソシアネートおよびポリイソシアネート、例えば前述の脂肪族あるいは脂環式のジイソシアネートまたはその混合物である。
さらに好ましいのは、以下のものである:
1)芳香族、脂肪族および/または脂環式のジイソシアネートの、イソシアヌレート基含有ポリイソシアネート。この場合、特に好ましいのは、相応する脂肪族および/または脂環式のイソシアナト−イソシアヌレートであり、特にヘキサメチレンジイソシアネートおよびイソホロンジイソシアネートをベースとするものである。この場合に存在するイソシアヌレートは、特にジイソシアネートの環式三量体であるトリス−イソシアナトアルキル−もしくはトリス−イソシアナトシクロアルキル−イソシアヌレートであるか、または1より多くのイソシアヌレート環を有するその高級同族体との混合物である。イソシアナト−イソシアヌレートは、総じて10質量%から30質量%までの、特に15質量%から25質量%までのNCO含有率、および3から4.5までの平均NCO官能価を有する。
2)芳香族結合した、脂肪族結合したおよび/または脂環式結合したイソシアネート基を有するウレトジオンジイソシアネート、好ましくは脂肪族結合したおよび/または脂環式結合したイソシアネート基を有するウレトジオンジイソシアネートであって、特に、ヘキサメチレンジイソシアネートまたはイソホロンジイソシアネートから誘導されたもの。ウレトジオンジイソシアネートは、ジイソシアネートの環式二量体化生成物である。ウレトジオンジイソシアネートは、組成物中で、単独の成分として使用されてもよいし、他のポリイソシアネートと混合して、特に1)で挙げたポリイソシアネートと混合して使用されてもよい。
3)芳香族結合した、脂環式結合したまたは脂肪族結合した、好ましくは脂環式結合したまたは脂肪族結合したイソシアネート基を有する、ビウレット基含有ポリイソシアネート、特に、トリス(6−イソシアナトヘキシル)ビウレット、またはその高級同族体との混合物。これらのビウレット基含有ポリイソシアネートは、総じて18質量%から22質量%までのNCO含有率、および3から4.5までの平均NCO官能価を有する。
4)芳香族結合した、脂肪族結合したまたは脂環式結合した、好ましくは脂肪族結合したまたは脂環式結合したイソシアネート基を有する、ウレタン基および/またはアロファネート基含有ポリイソシアネートであって、例えば、過剰量のヘキサメチレンジイソシアネートまたはイソホロンジイソシアネートと、多価アルコール、例えばトリメチロールプロパン、ネオペンチルグリコール、ペンタエリトリット、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,3−プロパンジオール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン、1,2−ジヒドロキシプロパンまたはその混合物との反応により得られるもの。これらのウレタン基および/またはアロファネート基含有ポリイソシアネートは、総じて12質量%から20質量%までのNCO含有率、および2.5から3までの平均NCO官能価を有する。
5)オキサジアジントリオン基含有ポリイソシアネートであって、好ましくはヘキサメチレンジイソシアネートまたはイソホロンジイソシアネートから誘導されたもの。このようなオキサジアジントリオン基含有ポリイソシアネートは、ジイソシアネートおよび二酸化炭素から製造することができる。
6)ウレトンイミン変性ポリイソシアネート。
ポリイソシアネート1)から6)までは、混合物として使用されることができ、場合によってはジイソシアネートとの混合物として使用されることもできる。
これらのイソシアネートの混合物としては、ジイソシアナトトルエンおよびジイソシアナトジフェニルメタンのそれぞれの構造異性体の混合物が特に重要であり、殊に、2,4−ジイソシアナトトルエン20モル%と2,6−ジイソシアナトトルエン80モル%とからの混合物が適している。さらに、芳香族イソシアネート、例えば2,4−ジイソシアナトトルエンおよび/または2,6−ジイソシアナトトルエンと、脂肪族または脂環式イソシアネート、例えばヘキサメチレンジイソシアネートまたはIPDIとの混合物が特に好ましく、その際、脂肪族イソシアネート対芳香族イソシアネートの好ましい混合比は、4:1から1:4までである。
化合物(a)としては、遊離イソシアネート基に加えて他のキャップトイソシアネート基を有するイソシアネート、例えばウレトジオン基またはウレタン基を有するイソシアネートを使用することもできる。
場合により、イソシアネート基を1つだけ有するイソシアネートを併用することもできる。総じて、その割合は、モノマーの全モル量を基準として最高で10モル%である。モノイソシアネートは、通常は、さらなる官能基、例えばオレフィン性の基またはカルボニル基を有しており、ポリウレタンの分散あるいは架橋またはその他の重合類似反応を可能にする官能基をポリウレタンに導入する役割を果たす。これに関しては、イソプロペニル−α,α−ジメチルベンジルイソシアネート(TMI)のようなモノマーが考慮される。
ジオール(b)としては、主に、約500g/モルから5000g/モルまでの、好ましくは約100g/モルから3000g/モルまでの分子量を有する高分子量ジオール(b1)が考慮される。
ジオール(b1)は、特に、例えばUllmanns Encyklopaedie der technischen Chemie、第4版、第19巻、第62頁から第65頁から知られているポリエステルポリオールである。好ましくは、2価のアルコールと2価のカルボン酸との反応により得られるポリエステルポリオールが使用される。該ポリエステルポリオールを製造するために、遊離ポリカルボン酸の代わりに、相応するポリカルボン酸無水物または低級アルコールの相応するポリカルボン酸エステルまたはその混合物を使用することもできる。ポリカルボン酸は、脂肪族、脂環式、芳香族置換脂肪族(アラリファティック)、芳香族または複素環式であってよく、場合により、例えばハロゲン原子により置換されていてもよくかつ/または不飽和であってもよい。これについての例としては、次のものが挙げられる:コルク酸、アゼライン酸、フタル酸、イソフタル酸、無水フタル酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水テトラクロロフタル酸、無水エンドメチレンテトラヒドロフタル酸、無水グルタル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、脂肪酸二量体。好ましいのは、一般式HOOC−(CH−COOH[式中、yは、1から20までの数であり、好ましくは2から20までの偶数である]のジカルボン酸であり、例えば、コハク酸、アジピン酸、ドデカンジカルボン酸およびセバシン酸である。
多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、プロパン−1,2−ジオール、プロパン−1,3−ジオール、ブタン−1,3−ジオール、ブテン−1,4−ジオール、ブチン−1,4−ジオール、ペンタン−1,5−ジオール、ネオペンチルグリコール、ビス−(ヒドロキシメチル)−シクロヘキサン、例えば、1,4−ビス−(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、2−メチル−プロパン−1,3−ジオール、さらにはジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ジブチレングリコール、およびポリブチレングリコールが考慮される。好ましいのは、ネオペンチルグリコール、および一般式HO−(CH−OH[式中、xは、1から20までの数であり、好ましくは2から20までの偶数である]のアルコールである。これについての例は、エチレングリコール、ブタン−1,4−ジオール、ヘキサン−1,6−ジオール、オクタン−1,8−ジオール、およびドデカン−1,12−ジオールである。
さらに、例えば、ホスゲンと、ポリエステルポリオールの構成成分として挙げた過剰の低分子量アルコールとの反応により得られるようなポリカーボネート−ジオールも考慮される。
ラクトンをベースとするポリエステルジオールも適しており、その際、これはラクトンのホモポリマーまたはコポリマーであり、好ましくは、末端ヒドロキシル基を有する、適した二官能性のスターター分子へのラクトンの付加生成物である。ラクトンとしては、好ましくは、一般式HO−(CH−COOH[式中、zは、1から20までの数であり、好ましくは3から19までの奇数である]のヒドロキシカルボン酸から誘導されているもの、例えば、ε−カプロラクトン、β−プロピオラクトン、γ−ブチロラクトンおよび/またはメチル−ε−カプロラクトンならびにその混合物が考慮される。適したスターター成分は、例えば、ポリエステルポリオールの構成成分として前述した低分子量の2価アルコールである。ε−カプロラクトンの相応するポリマーが特に好ましい。ラクトンのポリマーを製造するためのスターターとして、低級ポリエステルジオールまたはポリエーテルジオールが導入されていてもよい。ラクトンのポリマーの代わりに、ラクトンに対応するヒドロキシカルボン酸の、相応する化学的に等価の重縮合物を使用することもできる。
その他に、モノマー(b1)として、ポリエーテルジオールが考慮される。これは特に、例えばBFの存在でエチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、テトラヒドロフラン、スチレンオキシドまたはエピクロロヒドリン自体の重合によって得ることもできるし、これらの化合物を、場合により混合物としてまたは順次、反応性の水素原子を有する開始成分、例えばアルコールまたはアミン、例えば、水、エチレングリコール、プロパン−1,2−ジオール、プロパン−1,3−ジオール、2,2−ビス(4−ヒドロキシジフェニル)−プロパンまたはアニリンに付加させることにより得ることもできる。特に好ましいのは、500g/モルから5000g/モルまでの、とりわけ1000g/モルから4500g/モルまでの分子量を有するポリテトラヒドロフランである。
ポリエステルジオールおよびポリエーテルジオールは、0.1:1から1:9までの比での混合物として使用されてもよい。
ジオール(b)としては、ジオール(b1)以外にさらに、約50g/モルから500g/モルまでの、好ましくは60g/モルから200g/モルまでの分子量を有する低分子量ジオール(b2)を使用することができる。
モノマー(b2)としては、とりわけ、ポリエステルポリオールの製造に関して挙げた短鎖アルカンジオールの構成成分が使用され、その際、2個から12個までのC原子を有しかつC原子が偶数個である非分枝鎖状のジオール、ならびに1,5−ペンタンジオールおよびネオペンチルグリコールが好ましい。
好ましくは、ジオール(b)の全量を基準とするジオール(b1)の割合は、10モル%から100モル%までであり、ジオール(b)の全量を基準とするジオール(b2)の割合は、0モル%から90モル%までである。特に好ましくは、このジオール(b1)対ジオール(b2)の比は、0.2:1から5:1までであり、特に好ましくは0.5:1から2:1までである。
ジオール(b)とは異なるモノマー(c)は、総じて架橋または鎖延長の役割を果たす。これは総じて、価数が2より大きい非芳香族アルコール、第1級および/または第2級アミノ基を2個以上有するアミン、ならびに1個以上のアルコール性ヒドロキシル基に加えて1個以上の第1級および/または第2級アミノ基を有する化合物である。
所定の枝分れ度または架橋度の調整の役割を果たしうる、価数が2よりも大きいアルコールは、例えば、トリメチロールブタン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、ペンタエリトリット、グリセリン、糖アルコール、例えば、ソルビトール、マンニトール、ジグリセリン、トレイトール、エリトリトール、アドニトール(リビトール)、アラビトール(リキシトール)、キシリトール、ズルシトール(ガラクチトール)、マルチトールもしくはイソマルト、または糖類である。
さらに、ヒドロキシル基の他にさらにイソシアネートに対して反応性の基を有するモノアルコールが考慮され、例えば、第1級および/または第2級アミノ基を1個以上有するモノアルコール、例えばモノエタノールアミンが考慮される。
プレポリマー混合法において、とりわけ鎖延長あるいは架橋が水の存在で行われるべき場合には、第1級および/または第2級アミノ基を2個以上有するポリアミンを使用することができる(ステップIII)。それというのも、アミンは通常はアルコールまたは水よりも迅速にイソシアネートと反応するためである。このことはしばしば、架橋したポリウレタンまたは高分子量のポリウレタンの水性分散液が所望される場合に必要とされる。このような場合には、イソシアネート基を有するプレポリマーを製造し、これを迅速に水に分散させ、次いで、イソシアネートに対して反応性のアミノ基を複数個有する化合物を添加することにより鎖延長または架橋させる、という措置がとられる。
これに適したアミンは、総じて、少なくとも2個の第1級アミノ基、少なくとも2個の第2級アミノ基、または少なくとも1個の第1級アミノ基と少なくとも1個の第2級アミノ基とを含んでいて、分子量範囲が32g/モルから500g/モルまで、好ましくは60g/モルから300g/モルまでである多官能性アミンである。これについての例は、ジアミン、例えば、ジアミノエタン、ジアミノプロパン、ジアミノブタン、ジアミノヘキサン、ピペラジン、2,5−ジメチルピペラジン、アミノ−3−アミノメチル−3,5,5−トリメチル−シクロヘキサン(イソホロンジアミン、IPDA)、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、アミノエチルエタノールアミン、ヒドラジン、ヒドラジン水和物、またはトリアミン、例えば、ジエチレントリアミンもしくは1,8−ジアミノ−4−アミノメチルオクタン、または高級アミン、例えば、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、または高分子量のアミン、例えば、ポリエチレンアミン、水素化ポリアクリロニトリル、または少なくとも部分的に加水分解され、2000g/モルまでの、好ましくは1000g/モルまでの分子量をそれぞれ有するポリ−N−ビニルホルムアミドである。
アミンは、ブロックされた形態で使用されてもよく、例えば相応するケチミン(例えば、カナダ国特許第1129128号明細書(CA 1129128)参照)、ケタジン(例えば、米国特許第4269748号明細書(US−A 4269748)参照)、またはアミン塩(米国特許第4292226号明細書(US−A 4292226)参照)の形態で使用されてもよい。例えば、米国特許第4192937号明細書(US−A 4192937)で使用されているようなオキサゾリジンも、プレポリマーの鎖延長のためにポリウレタンの製造に使用されうるキャップトポリアミンである。このようなキャップトポリアミンが使用される場合には、該アミンを総じて水の非存在下にプレポリマーと混合し、該混合物を引き続き分散水または分散水の一部と混合することで、加水分解により相応するポリアミンが遊離される。
好ましくは、ジアミンとトリアミンとの混合物が使用され、特に好ましくは、イソホロンジアミンとジエチレントリアミンとの混合物が使用される。
ポリアミンの割合は、成分(b)および(c)の全量を基準として10モル%までであってよく、好ましくは8モル%までであってよく、特に好ましくは5モル%までであってよい。
ステップIにおいて製造されたポリウレタンは、通常は、未反応のNCO基を、10質量%まで、好ましくは5質量%まで有しうる。ステップIにおいて製造されたポリウレタンにおけるNCO基対ポリアミン中の第1級アミノ基と第2級アミノ基とからの合計のモル比は、ステップIIIにおいて通常は次のように選択され、すなわち、該モル比が3:1から1:3までとなり、好ましくは2:1から1:2までとなり、特に好ましくは1.5:1から1:1.5までとなり、極めて特に好ましくは1:1となるように選択される。
さらに、鎖切断のために、副次的な量で、つまり好ましくは成分(b)および(c)を基準として10モル%未満の量で、モノアルコールを使用することができる。このモノアルコールは、主にポリウレタンの分子量を制限する役割を果たす。例は、メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−プロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、s−ブタノール、t−ブタノール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、1,3−プロパンジオールモノメチルエーテル、n−ヘキサノール、n−ヘプタノール、n−オクタノール、n−デカノール、n−ドデカノール(ラウリルアルコール)および2−エチルヘキサノールである。
ポリウレタンの水分散性を達成するために、ポリウレタンは、成分(a)、(b)および(c)に加えて、該成分(a)、(b)および(c)とは異なるモノマー(d)を構成要素としており、該モノマー(d)は、少なくとも1個のイソシアネート基かまたはイソシアネート基に対して反応性の基を少なくとも1個有するとともにさらに、親水性基かまたは親水性基に変換しうる基を少なくとも1個有する。以下の文面において、「親水性基かまたは潜在的に親水性である基」という概念は、「(潜在的に)親水性である基」と略される。(潜在的に)親水性である基は、ポリマー主鎖を構成する役割を果たすモノマーの官能基よりもはるかにゆっくりと、イソシアネートと反応する。(潜在的に)親水性である基は、非イオン性の親水性基であってもよいし、好ましくはイオン性の、つまりカチオン性またはアニオン性の親水性基であってもよく、また潜在的にイオン性である親水性基であってもよく、特に好ましくは、アニオン性の親水性基であってもよいし、潜在的にアニオン性である親水性基であってもよい。
成分(a)、(b)、(c)および(d)の全量に対する(潜在的に)親水性である基を有する成分の割合は、総じて、該(潜在的に)親水性である基のモル量が、(a)から(d)までのすべてのモノマーの質量を基準として、30ミリモル/kgから1000ミリモル/kgまで、好ましくは50ミリモル/kgから500ミリモル/kgまで、特に好ましくは80ミリモル/kgから300ミリモル/kgまでとなるように計量される。
非イオン性の親水性基としては、例えば、好ましくは5から100までの、好ましくは10から80までのエチレンオキシド繰り返し単位からの、混合型かまたは純粋なポリエチレングリコールエーテルが考慮される。このポリエチレングリコールエーテルは、プロピレンオキシド単位を含んでもよい。その場合には、プロピレンオキシド単位の含有率は、混合型ポリエチレングリコールエーテルを基準として50質量%を超えるべきではなく、好ましくは30質量%を超えるべきではない。
ポリエチレンオキシド単位の含有率は、(a)から(d)までのすべてのモノマーの質量を基準として、総じて0質量%から10質量%までであり、好ましくは0質量%から6質量%までである。
非イオン性の親水性基を有する好ましいモノマーは、ポリエチレングリコール、および末端でエーテル化されたポリエチレングリコール基を有するジイソシアネートである。このようなジイソシアネートおよびその製造方法は、米国特許第3905929号明細書(US 3905929)および米国特許第3920598号明細書(US 3920598)といった特許文献に記載されている。
イオン性の親水性基とは、とりわけ、アニオン性基、例えばそのアルカリ金属塩またはアンモニウム塩の形態でのスルホネート基、カルボキシレート基およびホスフェート基、ならびにカチオン性基、例えばアンモニウム基、特にプロトン化された第3級アミノ基または第4級アンモニウム基である。
潜在的にアニオン性である基を有するモノマーとしては、通常は、少なくとも1個のアルコール性ヒドロキシル基または第1級もしくは第2級アミノ基を有する、脂肪族、脂環式、芳香族置換脂肪族(アラリファティック)または芳香族のモノヒドロキシカルボン酸およびジヒドロキシカルボン酸が考慮される。
そのような化合物は、例えば、一般式
RG−R−DG
[式中、
RGは、イソシアネートに対して反応性の少なくとも1個の基を表し、
DGは、分散活性の少なくとも1個の基を表し、かつ
は、1個から20個までの炭素原子を含有する、脂肪族、脂環式または芳香族の基を表す]
によって表される。
RGの例は、−OH、−SH、−NHまたは−NHRであり、ここで、Rは、メチル、エチル、イソプロピル、n−プロピル、n−ブチル、イソブチル、s−ブチル、t−ブチル、シクロペンチルまたはシクロヘキシルであってよい。
好ましくは、このような成分は、例えば、メルカプト酢酸、メルカプトプロピオン酸、チオ乳酸、メルカプトコハク酸、グリシン、イミノ二酢酸、サルコシン、アラニン、β−アラニン、ロイシン、イソロイシン、アミノ酪酸、ヒドロキシ酢酸、ヒドロキシピバリン酸、乳酸、ヒドロキシコハク酸、ヒドロキシデカン酸、ジメチロールプロピオン酸、ジメチロール酪酸、エチレンジアミン三酢酸、ヒドロキシドデカン酸、ヒドロキシヘキサデカン酸、12−ヒドロキシステアリン酸、アミノナフタリンカルボン酸、ヒドロキシエタンスルホン酸、ヒドロキシプロパンスルホン酸、メルカプトエタンスルホン酸、メルカプトプロパンスルホン酸、アミノメタンスルホン酸、タウリン、アミノプロパンスルホン酸、N−シクロヘキシルアミノプロパンスルホン酸、N−シクロヘキシルアミノエタンスルホン酸、ならびにそのアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩またはアンモニウム塩であり、特に好ましくは、前述のモノヒドロキシカルボン酸およびモノヒドロキシスルホン酸、ならびにモノアミノカルボン酸およびモノアミノスルホン酸である。
極めて特に好ましいのはジヒドロキシアルキルカルボン酸であり、とりわけ、3個から10個までの炭素原子を有するジヒドロキシアルキルカルボン酸であり、例えば米国特許第3412054号明細書(US−A 3412054)にも記載されているものである。特に、一般式
HO−R−CR(COOH)−R−OH
[式中、
およびRは、C〜C−アルカンジイル単位を表し、かつ
は、C〜C−アルキル単位を表す]
の化合物である。とりわけジメチロール酪酸が好ましく、特にジメチロールプロピオン酸(DMPA)が好ましい。
さらに、相応するジヒドロキシスルホン酸およびジヒドロキシホスホン酸、例えば2,3−ジヒドロキシプロパンホスホン酸、ならびに少なくとも1個のヒドロキシ基がアミノ基により置換されている相応する酸、例えば式
N−R−CR(COOH)−R−NH
[式中、
、RおよびRは、上記と同一の意味を有することができる]
のものが適している。
それ以外では、独国特許出願公開第4140486号公報(DE−A 4140486)から知られている、500g/モルを超えて10000g/モルまでの分子量を有しかつ少なくとも2個のカルボキシレート基を有するジヒドロキシ化合物が適している。これは、ジヒドロキシ化合物と、テトラカルボン酸二無水物、例えばピロメリット酸二無水物またはシクロペンタンテトラカルボン酸二無水物との、2:1から1.05:1までのモル比での重付加反応によって得られるものである。ジヒドロキシ化合物としては、特に、鎖延長剤として記載したモノマー(b2)、およびジオール(b1)が適している。
潜在的にイオン性である親水性基とは、とりわけ、単純な中和反応、加水分解反応または四級化反応によって上述のイオン性の親水性基へと変換することができる基であり、つまり、例えば酸基、無水物基または第4級アミノ基である。
イオン性モノマー(d)または潜在的にイオン性であるモノマー(d)は、例えば、Ullmanns Encyklopaedie der technischen Chemie、第4版、第19巻、第311頁〜第313頁、および例えば独国特許第1495745号明細書(DE−A 1495745)に、詳細に記載されている。
潜在的にカチオン性であるモノマー(d)としては、とりわけ第3級アミノ基を有するモノマーが特に実用上重要であり、これは例えば、トリス−(ヒドロキシアルキル)−アミン、N,N’−ビス(ヒドロキシアルキル)−アルキルアミン、N−ヒドロキシアルキル−ジアルキルアミン、トリス−(アミノアルキル)−アミン、N,N’−ビス(アミノアルキル)−アルキルアミン、N−アミノアルキル−ジアルキルアミンであり、その際、これらの第3級アミンのアルキル基およびアルカンジイルの単位は、互いに独立して2個から6個までの炭素原子からなる。さらに、好ましくは2個の末端ヒドロキシル基を有する第3級窒素原子含有ポリエーテルが考慮され、例えば、それ自体慣用の方法で、アミン窒素に結合した2個の水素原子を有するアミン、例えばメチルアミン、アニリンまたはN,N’−ジメチルヒドラジンのアルコキシル化により得られるものが考慮される。この種のポリエーテルは、総じて500g/モルから6000g/モルまでの分子量を有する。
これらの第3級アミンは、酸により、好ましくは強力な鉱酸、例えばリン酸、硫酸またはハロゲン化水素酸、強力な有機酸、例えばギ酸、酢酸または乳酸により、または適した四級化剤との反応により、例えばC〜C−アルキルハロゲン化物、例えば臭化物もしくは塩化物との反応により、またはジ−C〜C−アルキルスルフェートもしくはジ−C〜C−アルキルカーボネートとの反応により、アンモニウム塩へと変換される。
イソシアネートに対して反応性のアミノ基を有するモノマー(d)としては、アミノカルボン酸、例えばリシン、β−アラニン、独国特許出願公開第2034479号公報(DE−A 2034479)に挙げられているα,β−不飽和カルボン酸への脂肪族ジ第1級ジアミンの付加物、例えばN−(2−アミノエチル)−2−アミノエタンカルボン酸、ならびに相応するN−アミノアルキル−アミノアルキルカルボン酸が考慮され、その際、アルカンジイル単位は、2個から6個までの炭素原子からなる。
潜在的にイオン性である基を有するモノマーが使用される場合には、こうした基のイオン性の形態への変換は、イソシアネート重付加の前、間に行うことができるが、好ましくはイソシアネート重付加の後に行うことができる。それというのも、イオン性のモノマーは、反応混合物中で難溶性であることが多いためである。特に好ましくは、アニオン性の親水性基は、対イオンとしてのアルカリ金属イオンまたはアンモニウムイオンを伴ってその塩の形態で存在する。
上述のこれらの化合物のうち、ヒドロキシカルボン酸が有利であり、特に好ましいのはジヒドロキシアルキルカルボン酸であり、極めて特に好ましいのはα,α−ビス(ヒドロキシメチル)カルボン酸であり、特にジメチロール酪酸およびジメチロールプロピオン酸が好ましく、殊にジメチロールプロピオン酸が好ましい。
他の一実施形態において、ポリウレタンは、非イオン性の親水性基のみならずイオン性の親水性基をも含むことができ、好ましくは、非イオン性の親水性基とアニオン性の親水性基とを同時に含むことができる。
互いに反応性であるモノマーの割合および1分子当たりの反応性官能基の数の算術平均の選択によってポリウレタンの分子量をどのように調整することができるかは、ポリウレタン化学の分野において広く知られている。
通常は、成分(a)、(b)、(c)および(d)ならびにそのそれぞれのモル量は以下のように選択され、すなわち、
A)イソシアネート基のモル量、および
B)ヒドロキシル基のモル量と、付加反応においてイソシアネートと反応しうる官能基のモル量との合計
としたA:Bの比が、0.5:1から2:1までとなり、好ましくは0.8:1から1.5までとなり、特に好ましくは0.9:1から1.2:1までとなるように選択される。このA:Bの比ができる限り1:1に近いことが極めて特に好ましい。
成分(a)、(b)、(c)および(d)に加えて、反応性の基を1個だけ有するモノマーが、該成分(a)、(b)、(c)および(d)の全量を基準として、総じて15モル%までの量で、好ましくは8モル%までの量で使用される。
成分(a)から(d)までの重付加は、総じて、20℃から180℃までの、好ましくは50℃から150℃までの反応温度で、標準圧力下に行われる。
必要な反応時間は、数分ないし数時間にわたりうる。多数のパラメーター、例えば温度、モノマーの濃度、モノマーの反応性によって反応時間がどのように影響を受けるのかは、ポリウレタン化学の分野では知られている。
ジイソシアネートの反応を促進するために、慣用の触媒を併用することができる。これについては、原則としてポリウレタン化学において通常使用されているあらゆる触媒が考慮される。
これは、例えば有機アミン、特に第3級の脂肪族、脂環式または芳香族アミン、および/またはルイス酸の有機金属化合物である。ルイス酸の有機金属化合物としては、例えば、スズ化合物、例えば有機カルボン酸のスズ(II)塩、例えば、酢酸スズ(II)、オクタン酸スズ(II)、エチルヘキサン酸スズ(II)およびラウリン酸スズ(II)、ならびに有機カルボン酸のジアルキルスズ(IV)塩、例えば、ジメチルスズジアセテート、ジブチルスズジアセテート、ジブチルスズジブチレート、ジブチルスズ−ビス(2−エチルヘキサノエート)、ジブチルスズジラウレート、ジブチルスズマレエート、ジオクチルスズジラウレート、およびジオクチルスズジアセテートが考慮される。金属錯体、例えば、鉄、チタン、アルミニウム、ジルコニウム、マンガン、ニッケルおよびコバルトのアセチルアセトネートも可能である。その他の金属触媒は、Blankらにより、Progress in Organic Coatings、1999年、第35巻、第19頁〜第29頁に記載されている。
好ましいルイス酸の有機金属化合物は、ジメチルスズジアセテート、ジブチルスズジブチレート、ジブチルスズ−ビス(2−エチルヘキサノエート)、ジブチルスズジラウレート、ジオクチルスズジラウレート、ジルコニウム−アセチルアセトネート、およびジルコニウム−2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオネートである。
触媒として、ビスマス触媒およびコバルト触媒、ならびにセシウム塩も使用することができる。この場合、セシウム塩としては、以下のアニオン:F、Cl、ClO、ClO 、ClO 、Br、I、IO 、CN、OCN、NO 、NO 、HCO 、CO 2−、S2−、SH、HSO 、SO 2−、HSO 、SO 2−、S 2−、S 2−、S 2−、S 2−、S 2−、S 2−、HPO 、HPO 、HPO 2−、PO 3−、P 4−、(OC2n+1、(C2n−1、(C2n−3、ならびに(Cn+12n−22−が使用される化合物が考慮され、ここで、nは、1から20までの数を表す。
この場合、好ましいのは、アニオンが、式(C2n−1ならびに(Cn+12n−22−[式中、nは、1から20までである]に従うセシウムカルボキシレートである。特に好ましいセシウム塩は、アニオンとして一般式(C2n−1[式中、nは、1から20までの数を表す]のモノカルボン酸イオンを有する。この場合、特にギ酸塩、酢酸塩、プロピオン酸塩、ヘキサン酸塩および2−エチルヘキサン酸塩が挙げられる。
重合装置としては、特に溶媒を併用することによって低い粘度および良好な熱の排出に配慮する場合には、撹拌槽が考慮される。反応を塊状で実施する場合には、粘度がたいてい高いことと反応時間がたいていごく短いこととに基づいて、特に押出機が適しており、殊に自浄式の多軸スクリュー押出機が適している。
いわゆる「プレポリマー混合法」では、まずイソシアネート基を有するプレポリマーを製造する。この場合、規定どおりのA:Bの比が1.0より大きく3まで、好ましくは1.05から1.5までとなるように、成分(a)から(d)までを選択する。このプレポリマーをまず水に分散させ、同時におよび/または引き続き、イソシアネート基と、イソシアネートに対して反応性のアミノ基を、2個を上回って有するアミンとの反応によって架橋させるか、または、イソシアネート基と、イソシアネートに対して反応性のアミノ基を2個有するアミンとの反応によって鎖延長させる。鎖延長は、アミンを添加しない場合にも生じる。この場合、イソシアネート基が加水分解されてアミン基となり、このアミン基と、このプレポリマーのなおも残留するイソシアネート基とが反応して鎖延長が生じる。
本発明により製造された分散液の、動的光散乱法によりMalvern(登録商標)Autosizer 2Cを用いて測定された平均粒子径(数平均)は、本発明にとって重要ではなく、総じて1000nm未満であり、好ましくは500nm未満であり、特に好ましくは200nm未満であり、極めて特に好ましくは20nmから200nm未満の間である。
分散液は、総じて、10質量%から75質量%までの、好ましくは20質量%から65質量%までの固体含有率、および(温度20℃およびせん断速度250s−1で測定された)10mPa・sから500mPa・sまでの粘度を有する。
多くの適用に関して、分散液を、例えば希釈によって、他の固体含有率に、好ましくはより低い固体含有率に調整することは、合理的でありうる。
さらに、本発明により製造された分散液を、記載した適用に関して典型的である他の成分、例えば界面活性剤、洗浄剤、着色剤、顔料、色移り防止剤および蛍光増白剤と混合することができる。
分散液を、製造後に、所望の場合には物理的な脱臭に供することができる。
ここで、物理的な脱臭とは、分散液を、水蒸気、酸素含有ガス、好ましくは空気、窒素または超臨界二酸化炭素を用いて、例えば、独国特許第1248943号明細書(DE−B 1248943)に記載されているような撹拌容器中で、または独国特許出願公開第19621027号公報(DE−A 19621027)に記載されているような向流塔中で、ストリッピングすることであってよい。
ポリウレタンを製造する際の、本発明によるN−アシルモルホリン(I)の量は、通常は次のように選択され、すなわち、完成した水性ポリウレタン分散液における割合が、すなわちステップIIおよび任意にステップIIIの後の割合が、30質量%を超えないように、好ましくは25質量%を超えないように、特に好ましくは20質量%を超えないように、極めて特に好ましくは15質量%を超えないように選択される。
完成した水性ポリマー分散液における、特に完成した水性ポリウレタン分散液におけるN−アシルモルホリン(I)の割合は、通常は少なくとも0.01質量%であり、好ましくは少なくとも0.1質量%であり、特に好ましくは少なくとも0.2質量%であり、極めて特に好ましくは少なくとも0.5質量%であり、殊に少なくとも1質量%である。
本発明による水性ポリマー分散液、特にポリウレタン分散液は、有利には基材の被覆および接着に適している。適した基材は、木材、木材単板(または木材合板(ベニヤ板))、紙、厚紙、ボール紙、テキスタイル、皮革、合成皮革、不織布、プラスチック表面、ガラス、セラミック、鉱物性建築材料、衣類、車両内装、車両、金属または被覆された金属である。本発明による水性ポリマー分散液は、例えばフィルムもしくはシートの製造において、テキスタイルもしくは皮革の含浸に、分散剤として、顔料分散助剤として、プライマーとして、定着剤として、疎水化剤として、洗剤添加剤として、または化粧品における添加剤として、または成形体もしくはヒドロゲルの製造に、使用される。
被覆剤として使用する場合には、ポリマー分散液、特にポリウレタン分散液を、特に、プライマー、プライマーサーフェイサー、顔料着色されたトップコートおよびクリアコートとして、自動車の補修塗装または大型車両の塗装の分野で使用することができる。特に適しているのが、特に高い適用安全性、屋外耐候性、外観、耐溶媒性、耐薬品性および耐水性が要求される適用のための、例えば自動車の補修塗装および大型車両の塗装における適用のための、被覆剤である。
本発明による水性ポリマー分散液、特にポリウレタン分散液、あるいは本発明による方法により製造されたポリウレタン分散液は、従来技術から知られているようなポリマー分散液またはポリウレタン分散液に対して、以下の利点を少なくとも1つ有する:
− 溶媒に対する要求が低減されること、
− 噴霧工具上のスケール形成または汚染物の堆積が比較的わずかであるため、該分散液の噴霧またはノズル噴霧が比較的容易に可能であること、
− 毒性が低いこと、
− プレポリマー溶液が、比較的低い粘度を有すること、
− 該ポリウレタン分散液のレオロジー挙動が向上すること、
− 基材または添加剤の濡れ特性が向上すること、
− 光および/または熱の影響下での黄変が比較的わずかであること、
− 該分散液の耐凍性が比較的高いこと、
− 得られる皮膜の可とう性、特に低温での可とう性が向上すること、
− 得られる皮膜の光沢が比較的高いこと、
− 皮膜のレベリング性が向上すること、
− 皮膜形成特性が向上すること、
− 該ポリマー分散液から生じるコーティングの、支持体材料への密着性が向上すること。
ポリマー分散液に、該ポリマーあるいはポリウレタンの製造および/または分散の前、間または後のいずれかにN−アシルモルホリンを添加することによって、このようなポリマー分散液から生じるコーティングの支持体材料への密着性が向上する。このことは特に、ポリマー表面、特にポリウレタンからの表面を有する支持体材料について該当する。
特に、本発明によるポリマー分散液は低い粘度を有する。
本発明のもう1つの対象は、ポリマーを、特にポリウレタンを、特に水性ポリウレタン分散液を好ましくはプレポリマー混合法により製造する際の溶媒としての、式(I)によるN−アシルモルホリンの使用である。
本発明のもう1つの対象は、本発明による方法により製造された水性ポリウレタン分散液である。
本発明のもう1つの対象は、少なくとも1つの本発明によるポリマー分散液を含有する被覆剤、特に少なくとも1つの本発明によるポリウレタン分散液を含有する被覆剤、および該被覆剤で被覆された物体である。
本発明のもう1つの対象は、表面、例えば、皮革、木材、テキスタイル、合成皮革、金属、プラスチック、衣類、家具、自動車内装、車両、紙、有機ポリマー、特にポリウレタンを被覆または含浸するための、本発明によるポリマー分散液の、特に本発明によるポリウレタン分散液の、使用である。
本発明のもう1つの対象は、本発明によるポリマー分散液から製造された水性ポリマー分散液を含有する被覆剤、および該被覆剤で被覆された物体である。
本明細書において、ppmの表記およびパーセントの表記は、別段の記載がない限り、質量パーセントおよび質量ppmに関する。
実施例
I.ポリウレタン分散液の製造
略称:
DETA ジエチレントリアミン
DMEA ジメチルエタノールアミン
DMPA ジメチロールプロピオン酸
EDA エチレンジアミン
IPDA イソホロンジアミン
IPDI イソホロンジイソシアネート
NEP N−エチルピロリドン
NMP N−メチルピロリドン
PUD ポリウレタン分散液
TDI トルイレンジイソシアネート(2,4−異性体80%、および2,6−異性体20%)
TEA トリエチルアミン
例1(溶媒としてのホルミルモルホリン):
還流冷却器および温度計を備えた撹拌フラスコ内に、OH価56のポリプロピレンオキシド400g(0.20モル)、DMPA 32.2g(0.24モル)、およびN−ホルミルモルホリン50gを装入し、65℃で撹拌した。これに、TDI 76.6g(0.44モル)を加え、110℃で360分間撹拌した。次いで、アセトン400gで希釈し、そしてNCO含有率を測定したところ、0.01質量%(計算値:0.00%)であった。この後、TEA 10.0g(0.10モル)を加えた。水800gで分散させた後、アセトンを減圧下での蒸留により除去した。
固体含有率が44.8%であり、23℃でせん断速度250/秒での粘度が23mPa・sである、微細なPUDが得られた。
例2(溶媒としてのアセチルモルホリン):
還流冷却器および温度計を備えた撹拌フラスコ内に、OH価56のポリプロピレンオキシド400g(0.20モル)、DMPA 32.2g(0.24モル)、およびN−アセチルモルホリン50gを装入し、65℃で撹拌した。これに、TDI 76.6g(0.44モル)を加え、110℃で360分間撹拌した。次いで、アセトン400gで希釈し、そしてNCO含有率を測定したところ、0.03質量%(計算値:0.00%)であった。この後、TEA 10.0g(0.10モル)を加えた。水800gで分散させた後、アセトンを減圧下での蒸留により除去した。
固体含有率が38.4%であり、23℃でせん断速度250/秒での粘度が17mPa・sである、微細なPUDが得られた。
比較例3:
例1を繰り返したが、ただし、N−ホルミルモルホリンに代えてNMP 50gを用いた。NCO含有率を測定したところ、0.01質量%(計算値:0.00%)であった。
固体含有率が44.1%であり、23℃でせん断速度250/秒での粘度が99mPa・sである、微細なPUDが得られた。
比較例4:
例1を繰り返したが、ただし、N−ホルミルモルホリンに代えてNEP 50gを用いた。NCO含有率を測定したところ、0.02質量%(計算値:0.00%)であった。
固体含有率が40.1%であり、23℃でせん断速度250/秒での粘度が285mPa・sである、微細なPUDが得られた。
Figure 2017523263
比較例5:NMP
還流冷却器および温度計を備えた撹拌フラスコ内に、ネオペンチルグリコール、1,6−ヘキサンジオールおよびアジピン酸からの、OH価56のポリエステルジオール400g(0.20モル)、DMPA 26.09g(0.19モル)およびNMP 150gを装入し、80℃で30分間撹拌した。これに、IPDI 175.5g(0.79モル)を加え、95℃で撹拌した。4時間後に、4.44%のNCO含有率(計算値:4.41%)が得られた。TEA 19.71g(0.19モル)を添加した後、このプレポリマーを水672gに分散させた。この分散液に、水66gとEDA 22.53gとからの混合物を添加した。
例6:ホルミルモルホリン
比較例5の手順を繰り返したが、ただし、NMPに代えて同質量のホルミルモルホリンを使用した。
例7:アセチルモルホリン
比較例5の手順を繰り返したが、ただし、NMPに代えて同質量のアセチルモルホリンを使用した。
比較例5、例6および例7による分散液をガラス槽に注いで室温で7日間乾燥させることにより、皮膜を製造した。厚さ約1mmの乾燥皮膜が得られるように、分散液の量を選択した。
表2は、これらの分散液およびこれらの分散液から得られた皮膜の特性をまとめたものである。
粘度を、DIN 53019によりPaar Physica社の回転粘度計で測定した。
LD値(光透過率)を測定するために、キュベット内の水性希釈液中の試験すべき各々のポリマー分散液を、辺長2.5cmのキュベットを用いて波長600nmの光を用いて測定し、同一の測定条件下での水の相応する透過率と比較した。この場合、水の透過率を100%とする。分散液が微細であるほど、上述の方法により測定されるLD値は高くなる。LD値を、測定すべき分散液の0.1%水溶液中で、波長600nmでHach社の機器DR/2010を用いて測定した。
平均粒子径を、動的光散乱法によりMalvern Zetasizer APSにおいて測定した。
皮膜硬さ(ショア硬さ)を、DIN EN ISO 868により測定した。
引張強さおよび破断点伸びを、ISO 37により測定した。
Figure 2017523263
アシルモルホリンの使用によって、低減された粘度を有する分散液と、同一の特性を有する皮膜とが生成されることが、明らかに確認できる。
II.皮革のシーズニング
使用する製品:
Lepton(登録商標) Farben N
Lepton Farben Nは、カゼインフリーの皮革用塗料である。
Lepton(登録商標) Filler FCG
Lepton(登録商標) Filler FCGは、水性ワックス分散液、艶消し剤および添加剤をベースとする、皮革仕上げ用フィラーである。
Astacin(登録商標) Finish SUSI TF
Astacin(登録商標) Finish SUSI TFは、脂肪族ポリエステルウレタン分散液をベースとする、極めて軟質のボトミングバインダーである。
Astacin(登録商標) Finish PS
Astacin(登録商標) Finish PSは、脂肪族ポリエーテルウレタン分散液をベースとする、軟質のボトミングバインダーである。
Astacin(登録商標) Finish PTM
Astacin(登録商標) Finish PTMは、脂肪族ポリエーテルウレタン分散液および艶消し剤をベースとする、硬質でかつ艶消しのボトミングバインダーである。
Corial(登録商標) Binder DN
Corial(登録商標) Binder DNは、アクリレートポリマー分散液をベースとする、軟質でかつ極めて低温可とう性の高いボトミングバインダーである。
Astacin(登録商標) Novomatt GG
Astacin(登録商標) Novomatt GGは、脂肪族ポリエステルウレタン分散液および艶消し剤をベースとする、適度に硬質で艶消しでかつ可とう性のトップコートバインダーである。
Astacin(登録商標) Mattierung HS
Astacin(登録商標) Mattierung(Matting) HSは、ポリカーボネート分散液および艶消し剤をベースとする、硬質で艶消しでかつ可とう性のトップコートバインダーである。
Astacin(登録商標) Novomatt GG
Astacin(登録商標) Novomatt GGは、脂肪族ポリエーテルウレタン分散液、艶消し剤および添加剤をベースとする、適度に硬質で極めて艶消しでかつ可とう性のトップコートバインダーである。
Lepton(登録商標) Protector SR
Lepton(登録商標) Protector SRは、変性アクリレートポリマー分散液および添加剤をベースとする防汚助剤である。
Lepton(登録商標) Mattierung AL
Lepton(登録商標) Mattierung(Matting) ALは、シリケートフリーの高分子量の艶消し剤である。
Lepton(登録商標) Wachs WN
Lepton(登録商標) Wachs(Wax) WNは、高分子量のポリシロキサンをベースとするシリコーンエマルションである。
Lepton(登録商標) Wachs DS
Lepton(登録商標) Wachs(Wax) DSは、高分子量のポリシロキサンをベースとする低皮膜形成性のシリコーンエマルションである。
Amollan(登録商標) SW
Amollan(登録商標) SWは、低粘度シリコーンポリエーテル液体をベースとするレベリング助剤である。
Astacin(登録商標) Haerter CA
Astacin(登録商標) Haerter(Hardener) CAは、ポリカーボネートおよび乳化剤をベースとする、皮革仕上げ用架橋剤である。
Astacin(登録商標) Haerter CN
Astacin(登録商標) Haerter(Hardener) CNは、脂肪族ポリイソシアネートおよび有機溶媒をベースとする、皮革仕上げ用架橋剤である。
比較例:
1. 1回目のボトミング:
自動車内装分野での適用に適した皮革に、ロールコーターを用いて、以下のものを含む薬液をボトミングした:
Lepton(登録商標) Farben N 150部
Lepton(登録商標) Filler FCG 100部
Astacin(登録商標) Finish SUSI TF 100部
Astacin(登録商標) Finish PS 150部
Astacin(登録商標) Finish PTM 100部
Corial(登録商標) Binder DN 100部
Astacin(登録商標) Novomatt GG 65部
Amollan(登録商標) SW 5部
Astacin(登録商標) Haerter CA 40部
この薬液を、水30部の添加により、DIN EN ISO 2431:2011による4mmカップにおける流下粘度が40秒となるように調節する。
湿潤塗布質量は、8.0±0.5g/ftであった。これらの皮革を、空気循環乾燥路内で、80℃で1.5分間乾燥させた。
2. 2回目のボトミング:
このようにして1回ボトミングしたこの皮革に、噴霧塗布により、以下のものを含む薬液の2回目のボトミングを施した:
Lepton(登録商標) Farben N 150部
Lepton(登録商標) Filler FCG 100部
Astacin(登録商標) Finish SUSI TF 100部
Astacin(登録商標) Finish PS 150部
Astacin(登録商標) Finish PTM 100部
Corial(登録商標) Binder DN 100部
Astacin(登録商標) Novomatt GG 65部
Amollan(登録商標) SW 5部
Astacin(登録商標) Haerter CA 40部
この薬液を、水130部の添加により、DIN EN ISO 2431:2011による4mmカップにおける流下粘度が24秒となるように調節する。
湿潤塗布質量は、2.4±0.2g/ftであった。これらの皮革を、空気循環乾燥路内で、80℃で1.5分間乾燥させた。
ボトミングした皮革を一晩貯蔵し、温度140℃/圧力210バール/滞留時間3秒間でエンボス加工し、3時間貯蔵し、そして3時間空打ちした。
3. 1回目のシーズニング:
2回ボトミングしたこの皮革に、噴霧塗布により、以下のものを含む薬液の1回目のシーズニングを施した:
Lepton(登録商標) Farben N 150部
Lepton(登録商標) Filler FCG 60部
Astacin(登録商標) Finish SUSI TF 100部
Astacin(登録商標) Finish PS 150部
Astacin(登録商標) Finish PTM 75部
Astacin(登録商標) Mattierung HS 200部
Astacin(登録商標) Novomatt GG 65部
Amollan(登録商標) SW 3部
Astacin(登録商標) Haerter CN 60部
この薬液を、水220部の添加により、DIN EN ISO 2431:2011による4mmカップにおける流下粘度が20秒となるように調節する。
湿潤塗布質量は、2.0±0.2g/ftであった。これらの皮革を、空気循環乾燥路内で、80℃で1.5分間乾燥させた。
4. 2回目のシーズニング:
1回シーズニングしたこの皮革に、噴霧塗布により、以下のものを含む薬液の2回目のシーズニングを施した:
Lepton(登録商標) Farben N 20部
Astacin(登録商標) Mattierung HS 350部
Astacin(登録商標) Novomatt GG 150部
Lepton(登録商標) Protector SR 75部
Lepton(登録商標) Mattierung AL 40部
Lepton(登録商標) Wachs WN 40部
Lepton(登録商標) Wachs DS 40部
Amollan(登録商標) SW 3部
Astacin(登録商標) Haerter CN 120部
この薬液を、水330部の添加により、DIN EN ISO 2431:2011による4mmカップにおける流下粘度が28秒となるように調節する。
湿潤塗布質量は、2.0±0.2g/ftであった。これらの皮革を、空気循環乾燥路内で、80℃で1.5分間乾燥させた。
このボトミングおよびシーズニングを施した皮革を、一晩貯蔵した。
例(本発明):
比較例のステップ1および2を繰り返した。ステップ3および4では、薬液にそれぞれ50部のN−ホルミルモルホリンを添加した。
試験:
各コーティングステップの後、仕上げ塗りの湿潤密着力をDIN EN ISO 11644により試験した。
Figure 2017523263

Claims (15)

  1. 式(I)
    Figure 2017523263
    [式中、
    は、Hであるか、または1個から18個までのC原子を有するアルキル基であり、かつ、
    、R、RおよびRは、それぞれ互いに独立して、水素原子であるか、または1個から18個までのC原子を有する(シクロ)アルキル基である]
    のN−アシルモルホリンを少なくとも1種含有する、水性ポリマー分散液。
  2. 請求項1に記載のポリマー分散液であって、前記水性ポリマー分散液が、少なくとも1種の式(I)のN−アシルモルホリンを0.01質量%から30質量%まで含有する、前記ポリマー分散液。
  3. 請求項1または2に記載のポリマー分散液であって、Rが、H、メチルおよびエチルからなる群から選択される、前記ポリマー分散液。
  4. 請求項1から3までのいずれか1項に記載のポリマー分散液であって、R、R、RおよびRが、水素、メチル、エチル、イソプロピルおよびシクロヘキシルからなる群から選択される、前記ポリマー分散液。
  5. 請求項1から4までのいずれか1項に記載のポリマー分散液であって、前記置換N−アシルモルホリンが、N−ホルミルモルホリン、N−アセチルモルホリンおよびN−プロピオニルモルホリンからなる群からの少なくとも1種のモルホリンから選択される、前記ポリマー分散液。
  6. 請求項1から5までのいずれか1項に記載のポリマー分散液であって、前記ポリマー分散液がポリウレタン分散液である、前記ポリマー分散液。
  7. 以下のステップ:
    I.式(I)
    Figure 2017523263
    [式中、
    は、Hであるか、または1個から18個までのC原子を有するアルキル基であり、かつ、
    、R、RおよびRは、それぞれ、水素原子であるか、または1個から18個までのC原子を有する(シクロ)アルキル基である]
    のN−アシルモルホリンの存在下で、ポリウレタンを製造するステップ、
    II.続いて、前記ポリウレタンを水に分散させるステップ
    を含む、請求項6に記載の水性ポリウレタン分散液の製造方法。
  8. 請求項7に記載の方法であって、以下のステップ:
    I.以下:
    (a)4個から30個までのC原子を有する少なくとも1種の多価イソシアネート、
    (b)ジオールであって、そのうち、
    (b1)該ジオール(b)の全量を基準として10モル%から100モル%までが、500g/モルから5000g/モルまでの分子量を有し、かつ
    (b2)該ジオール(b)の全量を基準として0モル%から90モル%までが、60g/モルから500g/モルまでの分子量を有するものとする、前記ジオール、
    (c)任意に、前記ジオール(b)とは異なるさらなる多価化合物であって、アルコール性ヒドロキシル基であるかまたは第1級アミノ基もしくは第2級アミノ基である反応性基を有する、前記多価化合物、および
    (d)前記モノマー(a)、(b)および(c)とは異なるモノマーであって、少なくとも1個のイソシアネート基かまたはイソシアネート基に対して反応性の基を少なくとも1個有するとともにさらに、親水性基かまたは潜在的に親水性である基を少なくとも1個有するモノマーであって、該モノマーにより前記ポリウレタンの水分散性が生じるものとする、前記モノマー
    を反応させてポリウレタンとすることによって、少なくとも1種の式(I)のN−アシルモルホリンの存在下でポリウレタンを製造するステップ、および
    II.続いて、前記ポリウレタンを水に分散させるステップ、
    III.ステップIIの後かまたは間に、任意にポリアミンを添加するステップ
    を含む、前記方法。
  9. 請求項7または8に記載の方法であって、Rが、H、メチルおよびエチルからなる群から選択される、前記方法。
  10. 請求項7から9までのいずれか1項に記載の方法であって、R、R、RおよびRが、水素、メチル、エチル、イソプロピルおよびシクロヘキシルからなる群から選択される、前記方法。
  11. 請求項7から10までのいずれか1項に記載の方法であって、前記置換N−アシルモルホリンが、N−ホルミルモルホリン、N−アセチルモルホリンおよびN−プロピオニルモルホリンからなる群からの少なくとも1種のモルホリンから選択される、前記方法。
  12. 木材、木材単板、紙、厚紙、ボール紙、テキスタイル、皮革、合成皮革、不織布、プラスチック表面、ガラス、セラミック、鉱物性建築材料、金属、または被覆された金属を被覆および接着するための、請求項1から6までのいずれか1項に記載のポリマー分散液の、または請求項7から11までのいずれか1項に記載の方法により製造されたポリウレタン分散液の使用。
  13. ポリウレタンの製造における、式(I)
    Figure 2017523263
    [式中、
    は、Hであるか、または1個から18個までのC原子を有するアルキル基であり、かつ、
    、R、RおよびRは、それぞれ互いに独立して、水素原子であるか、または1個から18個までのC原子を有する(シクロ)アルキル基である]
    の置換N−アシルモルホリンの使用。
  14. 表面、例えば、皮革、木材、テキスタイル、合成皮革、金属、プラスチック、衣類、家具、自動車内装、車両、または紙を被覆するための、請求項1から6までのいずれか1項に記載のポリマー分散液の使用。
  15. 請求項1から6までのいずれか1項に記載の水性ポリマー分散液を含有する、被覆剤。
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